Puertas Lógicas (AND, OR, XOR, NOT, NAND, NOR y XNOR)

Qué es una Puerta Lógica

Una puerta lógica es un bloque en la construcción de un circuito digital. La mayoría de las puertas lógicas tienen dos entradas y una salida y están basadas en álgebra booleana.

En un momento dado, cada terminal está en una de las dos condiciones binarias false (alto) o true (bajo). Falso representa 0, y verdadero representa 1. Dependiendo del tipo de puerta lógica que se utilice y de la combinación de entradas, la salida binaria será diferente. Una puerta lógica puede ser pensada como un interruptor de luz, donde en una posición la salida está apagada-0, y en otra, está encendida-1. Las puertas lógicas son comúnmente usadas en circuitos integrados (IC).

Puertas lógicas básicas:

Hay siete puertas lógicas básicas: AND, OR, XOR, NOT, NAND, NOR y XNO

AND

La puerta AND se denomina así porque, si 0 se llama «falso» y 1 se llama «verdadero», la puerta actúa de la misma manera que el operador lógico «y». La siguiente ilustración y tabla muestra las combinaciones de símbolos de circuito y lógica para una puerta AND. (En el símbolo, los terminales de entrada están a la izquierda y el terminal de salida a la derecha.) La salida es «true» cuando ambas entradas son «true». De lo contrario, la salida es «false». En otras palabras, la salida es 1 sólo cuando ambas entradas una Y dos son 1.

OR

La puerta OR toma su nombre del hecho de que se comporta de la forma del lógico inclusivo «o». La salida es «true» si una o ambas entradas son «true». Si ambas entradas son «false», entonces la salida es «false». En otras palabras, para que la salida sea 1, al menos la entrada uno O dos debe ser 1.

XOR

La puerta XOR («Exclusive-OR») actúa de la misma manera que el lógico «uno u otro». La salida es «true» si alguna de las entradas, pero no ambas, son «true». La salida es «false» si ambas entradas son «false» o si ambas entradas son «true». Otra forma de ver este circuito es observar que la salida es 1 si las entradas son diferentes, pero 0 si las entradas son iguales.

NOT

Un inversor lógico, a veces llamado puerta NOT para diferenciarlo de otros tipos de dispositivos electrónicos de inversión, tiene sólo una entrada. Invierte el estado lógico. Si la entrada es 1, entonces la salida es 0. Si la entrada es 0, entonces la salida es 1.

NAND

La puerta NAND funciona como una puerta AND seguida de una puerta NOT. Actúa a la manera de la operación lógica «y» seguida de negación. La salida es «false» si ambas entradas son «true». De lo contrario, la salida es «verdadera».

NOR

La puerta NOR es una combinación de puerta OR seguida de un inversor. Su salida es «true» si ambas entradas son «false». De lo contrario, la salida es «false».

XNOR

La puerta XNOR (exclusiva-NOR) es una combinación de puerta XOR seguida de un inversor. Su salida es «true» si las entradas son iguales, y «false» si las entradas son diferentes.

Utilizando combinaciones de puertas lógicas, se pueden realizar operaciones complejas. En teoría, no hay límite en el número de puertas que se pueden colocar juntas en un solo dispositivo. Pero en la práctica, hay un límite en el número de puertas que pueden ser embaladas en un espacio físico dado. Las matrices de puertas lógicas se encuentran en los circuitos integrados digitales. A medida que avanza la tecnología IC, el volumen físico requerido para cada puerta lógica individual disminuye y los dispositivos digitales del mismo o menor tamaño son capaces de realizar operaciones cada vez más complicadas a velocidades cada vez mayores.

Composición de las puertas lógicas

Las condiciones binarias altas o bajas están representadas por diferentes niveles de voltaje. El estado lógico de un terminal puede, y generalmente lo hace, cambiar con frecuencia a medida que el circuito procesa los datos. En la mayoría de las puertas lógicas, el estado bajo es de aproximadamente cero voltios (0 V), mientras que el estado alto es de aproximadamente cinco voltios positivos (+5 V).

Las puertas lógicas pueden estar hechas de resistencias y transistores, o diodos. Una resistencia se puede utilizar comúnmente como una resistencia pull-up o pull-down. Las resistencias pull-up o pull-down se utilizan cuando hay alguna entrada de puerta lógica no utilizada para conectarse a un nivel lógico 1 o 0 respectivamente. De este modo se evita la conmutación errónea de la puerta. Las resistencias pull-up se conectan a Vcc (+5V), y las resistencias pull-down se conectan a tierra (0 V).

Las puertas lógicas de uso común son TTL y CMOS. TTL, o Transistor-Transistor Logic, los circuitos integrados utilizarán transistores de unión bipolar tipo NPN y PNP. CMOS, o Metal-Oxido-Silicio Complementario, los circuitos integrados se construyen a partir de transistores de efecto de campo tipo MOSFET o JFET. Los CI TTL pueden ser comúnmente etiquetados como la serie 7400 de chips, mientras que los CI CMOS a menudo pueden ser marcados como una serie 4000 de chips.

Puertas lógicas : Explicación y tipos